Как рассчитать коэффициент полезного действия теплового двигателя

Содержание

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

КПД и время работы энергоблока зависят от коэффициента полезного действия (КПД). Во время работы тепловая энергия, образующаяся в процессе сгорания топлива, преобразуется в механическую энергию двигателя. Для определения коэффициента полезного действия учитываются свойства двигателя. В физике формула для коэффициента полезного действия дается как процентное отношение полезной работы к общей работе.

Трактовка понятия

Электродвигатель или другая машина выполняет определенное количество работы, которую мы называем полезной работой. В процессе работы машина тратит часть своей энергии. Для определения КПД электродвигателя используется формула ɳ= A1/A2×100%, где:

Это число измеряется в процентах. Для нахождения отношения в математике используется следующая формула: η= A/Q, где A — энергия или полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, коэффициент эффективности умножается на 100%. Эта операция не имеет смысла, поскольку 100% = 1. Для источника тока коэффициент полезного действия меньше единицы.

В средней школе учащиеся решают задачи, в которых им необходимо найти КПД теплового двигателя. Это понятие трактуется следующим образом: отношение работы, выполняемой приводным устройством, к энергии, отбираемой от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η = (Q1-Q2)/Q1, где:
d37dafb98cd5efe5c946e6bb7eb76558.jpg

Максимальное значение коэффициента характерно для велотренажера. Он работает при заданной температуре нагревателя (T1) и радиатора (T2). Он измеряется по формуле: η = (T1-T2)/T1. Для определения эффективности котла, работающего на ископаемом топливе, используется теплотворная способность.

Преимущество теплового насоса как отопительного прибора заключается в том, что он может производить больше энергии, чем потребляет для работы. Значение конверсии рассчитывается путем деления теплоты конденсации на работу, затраченную на процесс.

Определение и расшифровка КПД

Аббревиатура для КПД — коэффициент полезного действия. Однако даже на первый взгляд это может быть не очень понятно. Он описывает эффективность системы или отдельного органа, или, чаще всего, машины. Эффективность — это выход или преобразование энергии.

Этот коэффициент можно применить практически ко всему, что нас окружает, и тем более к самим себе. В конце концов, мы постоянно делаем полезную работу, но как часто и в каком объеме — это другой вопрос, поэтому и используется термин «эффективность».

Обратите внимание, что этот коэффициент является неограниченной величиной, обычно это либо математическое значение, например, 0 и 1, либо, как это чаще всего бывает, процентное значение.

В физике этот коэффициент обозначается Ƞ или, как его обычно называют, Eta.

Что такое коэффициент эффективности

Мощность разных устройств

Статистика показывает, что до 25% энергии теряется во время работы. Во время работы двигателя внутреннего сгорания происходит частичное сгорание топлива. Небольшой процент улетучивается в выхлопную трубу. При запуске бензинового двигателя он нагревается сам и его компоненты. Теряется до 35% общей мощности.

Когда шестерни движутся, возникает трение. Смазка используется для уменьшения трения. Однако он не может полностью устранить это явление, поэтому расходуется до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, то 2 литра необходимы для движения, а остальные 8 литров расходуются впустую.

Если сравнить КПД бензинового и дизельного двигателя, то полезная мощность первого составляет 25%, а второго — 40%. Эти агрегаты похожи друг на друга, но имеют разные режимы образования смесей:
f296c97ebadfbde1e3c975913b978e8e.jpg

Асинхронные механизмы

Асинхронный» означает несовместимый по времени. Эта концепция используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и могут преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы машин:

Для расчета КПД используется уравнение η = P2 / P1. Общая потеря энергии в обмотках двигателя используется для расчета P1 и P2. Большинство единиц находятся в диапазоне 80-90%. Для быстрых расчетов можно использовать интернет-ресурсы или личный калькулятор. Для проверки возможной эффективности двигателя внутреннего сгорания, работающего с различными источниками тепла, была использована установка Стирлинга. Он имеет форму тепловой машины с рабочей средой в виде жидкости или газа. Вещество движется в замкнутом объеме.

Принцип его работы основан на постепенном нагревании и охлаждении объекта путем извлечения энергии из давления. Подобный механизм используется в косметических аппаратах и современной подводной лодке. Его функциональность наблюдается при любых температурах. Он не требует дополнительной пусковой системы. Эффективность может быть увеличена до 70% по сравнению со стандартным двигателем.

Значения показателя

5532ca2b90c20e6c2f9e00086977b1e2.jpg

В 1824 году инженер Карно определил КПД идеального двигателя, когда передаточное число равно 100%. Для интерпретации этого понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — T2)/ T1. Для расчета максимального значения используется уравнение КПД max = (T1 — T2)/T1x100%. В двух примерах T1 — температура радиатора, а T2 — температура радиатора.

На практике, чтобы получить коэффициент 100%, необходимо приравнять температуру радиатора к нулю. Такое явление невозможно, так как Т1 выше температуры воздуха. Процедура повышения эффективности источника питания или генератора считается важным техническим вопросом. Теоретически, проблема решается за счет снижения трения в компонентах двигателя и уменьшения тепловых потерь. В дизельном двигателе это достигается за счет турбонаддува. В этом случае эффективность увеличивается до 50%.

Мощность стандартного двигателя может быть увеличена следующим образом:
02fb2837dd1013c86dce5655c3c10a2a.jpg

Эффективность зависит от типа и конструкции двигателя. Современные ученые утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, совершаемая каждым устройством, превышает полезную работу, поскольку определенная ее часть совершается против трения. При использовании подвижного блока совершается дополнительная работа: блок с веревкой поднимается, преодолеваются силы трения в блоке.

Как устроен тепловой двигатель

С точки зрения термодинамики (раздел физики, изучающий законы взаимного превращения внутренней и механической энергии и передачи энергии от одного тела к другому), каждый тепловой двигатель состоит из нагревателя, охладителя и рабочего вещества.

Блок-схема теплового двигателя:

Первое упоминание о прототипе теплового двигателя относится к паровой турбине, которая была изобретена в Древнем Риме (II век до н.э.). Однако в то время изобретение не нашло широкого применения из-за отсутствия большого количества вспомогательных деталей. Например, такой ключевой компонент для работы любого механизма, как подшипник, еще не был изобретен.

Общая схема работы любой тепловой машины выглядит следующим образом:

  • Нагреватель имеет достаточно высокую температуру T1 для передачи большого количества тепла Q1. В большинстве тепловых машин нагрев достигается за счет сжигания топливной смеси (топливо — кислород);
  • Рабочий орган (пар или газ) двигателя совершает полезную работу A, например, перемещает поршень или вращает турбину;
  • Охлаждающая жидкость поглощает часть энергии рабочего тела. Температура хладагента T2 < T1. Это означает, что только часть тепла Q1 идет на выполнение работы.

Тепловая машина (двигатель) должна работать непрерывно, поэтому рабочее тело должно вернуться в исходное состояние, чтобы его температура стала равной T1. Для того чтобы процесс был непрерывным, машина должна работать циклически, периодически. Для создания циклического механизма — возвращения рабочего тела (газа) в исходное состояние — необходим холодильник для охлаждения газа во время сжатия. Это может быть атмосфера (в случае двигателей внутреннего сгорания) или холодная вода (в случае паровых турбин).

Немного истории

453529.jpg

Возможность преобразования энергии пара в энергию тяги была известна уже в древности. 130 Г. ДО Н.Э: Философ Герон Александрийский представил паровую игрушку — эолипил. Шар, наполненный паром, заставляли вращаться исходящие из него потоки. Этот прототип современной паровой турбины не нашел применения в то время.

В течение многих лет и столетий работы философа считались не более чем диковинкой. В 1629 году итальянец Д. Бранка создал активную турбину. Пар приводил в действие диск, оснащенный лопастями.

Принцип работы теплового двигателя

Идеальная машина, разработанная Карно, работает в обратимом цикле, состоящем из двух изотерм (1-2, 4-3) и двух адиабат (2-3, 4-1), это показано на рисунке 1. В качестве рабочего тела был выбран идеальный газ. Адиабатический процесс протекает без подвода и отвода тепла.

Принцип работы теплового двигателя

Участок 1-2 характеризуется передачей рабочему телу количества тепла Qn от нагревателя с температурой Tn. Для изотермического процесса обозначение будет выглядеть следующим образом:

Qn=Tn(S2-S1) (6), где S1, S2 — энтропии в соответствующих точках цикла из рис. 1.

Видно, что раздел 3-4 характеризует теплоту, отдаваемую идеальным газом более холодной температуре Tch, а количество теплоты равно тепловому усилению газа -Qch, тогда

-Qch=Tch(S1-S2) (7).

Выражение в скобках в (7) обозначает прирост энтропии процесса 3-4.

Элементы тепловой машины

Конструкция теплового двигателя может быть различной. Однако, из каких бы частей ни состоял двигатель, он всегда содержит рабочий орган, радиатор и отопитель (рис. 1).

Например, в двигателе внутреннего сгорания рабочими жидкостями являются пары топлива и воздух.

В двигателе внутреннего сгорания свеча зажигания и поршень вместе действуют как нагреватель. Однако поршень работает как нагреватель только при сжатии газа. Свеча зажигания поджигает сжатый газ и запускает процесс сгорания.

Для передачи оставшейся тепловой энергии в атмосферу двигатели с воздушным охлаждением имеют специальные оребренные поверхности на внешней стороне цилиндров.

В отличие от них, двигатели с жидкостным (водяным) охлаждением оснащены насосом, который прокачивает жидкость через специальные полости двигателя, и радиатором с вентилятором. В радиаторе жидкость интенсивно охлаждается, а вентилятор обеспечивает обдув воздухом для ускорения охлаждения. Температура охлаждающей жидкости всегда выше температуры окружающей среды.

Какие функции выполняет каждый элемент

Рабочая среда — газ или пар — получает тепловую энергию от нагревателя (рис. 2). Затем эта энергия делится на две, обычно неравные части. Одна часть используется для генерации работы.

А оставшаяся часть передается хладагенту (например, атмосфере) и рассеивается окружающей средой.

Роль холодильника в тепловом двигателе

Совершая работу, рабочее тело, расширяющийся газ, охлаждается. Температура T_{x}}, до которой охлаждается газ, называется температурой охлаждения.

Поскольку газ расширяется и охлаждается, и поскольку энергия должна где-то храниться во время охлаждения, ни одна тепловая машина не может работать без холодильника. Тепловая машина, чтобы работать, должна отдать часть своей тепловой энергии холодильнику.

Обычно температура T_{x}} немного выше температуры окружающей среды. Однако в случае паровых машин, оснащенных специальным устройством для конденсации отработанного пара и его охлаждения, температура конденсатора, T_{x}}, может быть немного ниже температуры окружающей среды (рис. 3).

Если охладителем является атмосфера, то температура охладителя выше температуры атмосферы, а если охладителем является конденсатор, то температура конденсатора ниже температуры окружающей среды

Примечание: Конденсатор пара используется только в конструкциях паровых двигателей.

Устройства внешнего и внутреннего сгорания

Тепловые двигатели, в связи с организацией процесса сгорания, можно разделить на два типа — внешнего сгорания и внутреннего сгорания. В первом случае топливо сгорает снаружи, в специальной камере или печи, расположенной на некотором расстоянии от основной части двигателя, которая производит работу или приводит в движение вал. Примером может служить паровая машина паровоза.

Уголь подается в топку котла, который нагревает воду, превращая ее в пар, который поступает в стальной цилиндр. В нем пар под высоким давлением перемещает плотно прилегающий поршень. Движущийся поршень приводит в движение блок, к которому он прикреплен, приводя локомотив в движение.

В оборудовании для сжигания топлива топливо сгорает внутри его камеры. Например, двигатель автомобиля имеет от четырех до шести отдельных цилиндров, внутри которых бензин сгорает и выделяет тепловую энергию. Цилиндры «работают» попеременно, обеспечивая постоянную мощность двигателя, который приводит в движение колеса автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания, как правило, гораздо эффективнее двигателей внешнего сгорания, поскольку энергия не теряется от тепла, выделяемого в цилиндре, все процессы происходят в одном корпусе.

Чему равен КПД теплового двигателя

Для определения эффективности теплового двигателя французский инженер-механик Сади Карно в 1824 году ввел термин «КПД теплового двигателя». Для обозначения эффективности используется греческая буква η. η рассчитывается по формуле для КПД теплового двигателя:

$η={Apte Q1}$$$.

Так как A = Q1 — Q2$$, то

$η ={1 — Q2}$$.

Поскольку во всех двигателях часть тепла передается радиатору, это всегда η < 1 (менее 100 процентов).

Магнитные потери мощности

При перемагничивании в магнитном поле якоря двигателя возникают магнитные потери. Их величина, которая складывается из общих потерь на вихревые токи и потерь на перемагничивание, зависит от частоты намагничивания, магнитной индукции якоря и зубцов якоря. Толщина используемого металлического листа и качество его изоляции также играют важную роль.

Механические и электрические потери

Как и магнитные потери, механические потери постоянны. Они состоят из потерь на трение в подшипниках, потерь на трение в щетках и потерь на вентиляцию двигателя. Минимизация механических потерь возможна благодаря использованию современных материалов, с годами приобретающих все более высокие эксплуатационные характеристики. Электрические потери, с другой стороны, непостоянны и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. Чаще всего они вызваны нагревом щеток, щеточных контактов.
Потери в обмотке и поле снижают эффективность. Механические и электрические потери являются основными факторами, влияющими на изменение КПД двигателя.

Добавочные потери

Дополнительные потери мощности в двигателях состоят из потерь, возникающих в эквипотенциальных муфтах, потерь, вызванных неравномерной индукцией в стали якоря при высокой нагрузке. Вихревые токи, а также потери в полюсных выводах вносят свой вклад в общие добавочные потери. Точно определить все эти значения сложно, поэтому их сумма обычно принимается в пределах 0,5-1%. Эти величины используются при расчете общих потерь для определения КПД двигателя.

КПД и его зависимость от нагрузки

КПД электродвигателя — это отношение полезной мощности приводного механизма к потребляемой мощности. Для двигателей мощностью до 100 кВт этот коэффициент составляет от 0,75 до 0,9. Для двигателей большей мощности КПД гораздо выше: 0,9 — 0,97. Определив общие потери мощности в электродвигателях, можно достаточно точно рассчитать КПД любой трансмиссии. Этот метод определения эффективности называется косвенным и может применяться к машинам с различной производительностью.

Максимально возможный КПД идеального теплового двигателя

Сади Карно предложил машину, в которой рабочей средой является идеальный газ, в качестве идеального теплового двигателя. В идеальной модели Карно действует цикл (цикл Карно), состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Цикл Карно:

Напоминание:

  • Адиабатический процесс — это термодинамический процесс, протекающий без теплообмена с окружающей средой (Q=0);
  • Изотермический процесс — это термодинамический процесс, протекающий при постоянной температуре. Поскольку в идеальном газе внутренняя энергия зависит только от температуры, количество теплоты Q, переданное газу, полностью идет на совершение работы A (Q = A).

Какие реальные КПД у разных типов двигателей

Примеры показывают, что самые высокие значения КПД (40-50%) принадлежат двигателям внутреннего сгорания (дизельная версия) и жидкотопливным реактивным двигателям.

Эффективность реальных тепловых двигателей:

Единицы измерения

Эффективность является безразмерной величиной, т.е. нет необходимости устанавливать единицу измерения. Однако его можно выразить в процентах. Для этого умножьте формулу на 100%. В школьном курсе математики нам говорили, что процент — это одна сотая часть чего-то. Умножение на 100 процентов показывает, сколько сотых содержится в числе.

Для чего нужен расчет КПД

КПД электрической цепи — это отношение полезного тепла к общему количеству тепла. Давайте рассмотрим пример, чтобы объяснить это. Выяснив КПД двигателя, можно определить, оправдывает ли его основная функция потребление электроэнергии. То есть, его расчет даст четкое представление о том, насколько хорошо устройство преобразует полученную энергию. Обратите внимание, что, как правило, КПД не имеет значения, а представляет собой процент или числовой эквивалент от 0 до 1. КПД рассчитывается по общей формуле, для всех приборов в целом. Но для того, чтобы получить его результат в электрической цепи, необходимо сначала найти силу тока.

Из физики известно, что каждый генератор тока имеет сопротивление, которое также принято называть внутренней силой. Помимо этой ценности, источник электроэнергии также имеет свою мощность. Приведем значения различных элементов цепи: сопротивления, r; тока, E; резистора (внешней нагрузки), R. Полная схема Таким образом, чтобы найти силу тока, обозначение которой будет — I, и напряжение через резистор — U, нам потребуется время — t, при этом утечка заряда q = lt. Работу источника тока можно рассчитать по следующей формуле: A = Eq = EIt. Благодаря тому, что сила тока постоянна, работа генератора полностью преобразуется в тепло, выделяемое R и r. Это количество можно рассчитать с помощью закона Джоуля-Ленца: Q = I2 + I2 rt = I2 (R + r) t.

Формулы для расчета эффективности.
Формулы для расчета эффективности.

Затем правые части формулы уравниваются: EIt = I2 (R + r) t. Выполнив редукцию, получаем следующий расчет: E = I(R + r). Переводя формулу, получаем: I = E R + r. Это окончательное значение будет представлять собой электрическую силу в данном устройстве. Проведя таким образом первоначальные расчеты, теперь можно определить эффективность.

Расчет КПД электрической цепи Мощность, получаемая от источника тока, называется входной мощностью, и ее определение записывается как P1. Если эта физическая величина передается от генератора в полную цепь, то она считается полезной и записывается — P2. Чтобы определить эффективность цепи, вспомните закон сохранения энергии.

Согласно ему, мощность приемника P2 всегда будет меньше мощности, потребляемой P1. Это связано с тем, что во время работы в приемнике всегда есть неизбежные потери преобразованной энергии, которая тратится на нагрев проводников, их покрытий, вихревые токи и т.д. Для того чтобы найти оценку свойств преобразования энергии, необходим КПД, который будет равен отношению мощностей P2 и P1.

Что такое эффективность и как ее рассчитать по формуле

Таким образом, зная все значения коэффициентов, составляющих электрическую цепь, мы находим ее полезную и полную работу: Полезно. = qU = IUt = I2Rt; A total = qE = IEt = I2(R+r)t. По этим значениям находим мощности источников тока: P2 = A полезная /t = IU = I2 R; P1 = A общая /t = IE = I2 (R + r). Когда все операции выполнены, получаем формулу эффективности: n = A полезная / A общая = P2 / P1 = U / E = R / (R +r). С помощью этой формулы мы находим, что R больше бесконечности, а n больше 1, но ток в цепи остается на низком уровне, и ее полезная мощность мала.

Каждый хочет найти более высокое значение эффективности. Для этого найдите условия, при которых P2 будет максимальным. Оптимальные значения будут такими: dP2 / dR = 0. Для определения эффективности можно использовать следующие формулы: P2 = I2 R = (E / R + r)2 R; dP2 / dR = (E2 (R + r)2 — 2 (r + R) E2 R) / (R + r)4 = 0; E2 ((R + r) -2R) = 0. В этом выражении E и (R + r) не равны 0, следовательно, оно равно выражению в скобках, то есть (r = R). Тогда получается, что мощность имеет максимальное значение, а КПД = 50 %. Как видите, эффективность электрической цепи можно определить самостоятельно, не прибегая к помощи специалиста. Самое главное, чтобы вы были последовательны в своих расчетах и придерживались приведенных формул.

Примеры расчета КПД

Пример 1 Рассчитайте коэффициент для классического камина. Имеем: удельная теплота сгорания березовых дров — 107 Дж/кг, количество дров — 8 кг. После сжигания дров температура в помещении повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубического метра воздуха составляет 1,3 кДж/кг*град. Общий объем помещения составляет 75 кубических метров.

Чтобы решить задачу, найдите коэффициент или отношение двух величин. В числителе будет количество тепла, поглощенное воздухом в помещении (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе — тепло, отдаваемое дровами при сгорании (10000000 Дж*8=8*107 кДж). После расчетов мы получаем, что энергоэффективность дровяного камина составляет примерно 2,5%. Действительно, современная теория о конструкции плит и каминов говорит о том, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это происходит потому, что дымоход напрямую передает горячий воздух в атмосферу.

Для повышения эффективности прокладывается канальный дымоход, в котором воздух сначала отдает тепло в каналы кладки и только потом выходит наружу. Но справедливости ради следует отметить, что в процессе горения камин нагревает не только воздух, но и предметы в помещении, и часть тепла выходит наружу через элементы, которые плохо изолированы — окна, двери и т.д.

Для решения проблемы необходимо определить отношение работы, затраченной на перемещение груза, к количеству тепла, выделяемого при сжигании топлива. Количество тепла также измеряется в джоулях, поэтому вам не потребуется переводить его в другие единицы. A будет равно произведению силы на расстояние (A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение силы тяжести. Удельная работа = 1400 кг x 9,8 м/с2 x 100000 м = 1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина составляет 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Предполагается, что восемь литров бензина весят около 8 кг. Выделившееся тепло составляет 46*106*14=6,44*108 Дж. Результат η ≈21%.

Построение графика КПД теплового двигателя

Работа, производимая рабочим телом в циклическом процессе, численно равна площади цикла на диаграмме давление-объем. Если цикл идет по часовой стрелке, то работа имеет числовой знак «+», если против часовой стрелки — «-«.

График для цикла Карно будет выглядеть следующим образом:
7a3d98-karno-1609001388-thumb.720x360.png

Причины неэффективности

Следует понимать — все существующие тепловые двигатели имеют худший КПД, чем машина Карно с η = 1, который называется КПД теплового двигателя Карно. В этом смысле любой тепловой двигатель на практике неэффективен, что можно объяснить тремя причинами:

  1. Необратимость процессов. Согласно принципу Карно, ни одна машина не может быть более эффективной, чем теоретический цикл Карно, при условии, что она работает с одинаковыми высокотемпературными и низкотемпературными источниками.
  2. Наличие трения и тепловых потерь. В реальных термодинамических системах общая неэффективность истинного цикла обусловлена потерями отдельных компонентов. В таком оборудовании, как турбины, насосы и компрессоры, механическое трение, тепловые и выхлопные потери определяют общие потери и снижение эффективности.
  3. Несовершенства процесса. Это значительный источник неэффективности и является результатом вынужденных компромиссов, на которые идут инженеры при проектировании реального двигателя. Они должны учитывать стоимость и другие факторы при проектировании и эксплуатации машины.

Сравнение КПД двигателей – бензин и дизель

Сравнение эффективности - бензин и дизель

Сравнивая эффективность дизельного и бензинового двигателей, можно сказать, что более эффективным из них является, конечно же, дизельный:

  1. Бензиновый агрегат преобразует только 25% энергии в механическую, в то время как дизельный — до 40%.
  2. Дизельный двигатель с турбокомпрессором достигает КПД 50-53%, что уже является значительной цифрой.

Какова же эффективность дизельного двигателя? Очень просто — несмотря на практически идентичный тип работы (оба двигателя являются двигателями внутреннего сгорания), дизельный двигатель работает намного эффективнее. Он сжигает топливо на совершенно иной основе и имеет более высокую степень сжатия. Дизель меньше нагревается, что позволяет экономить на охлаждении, а также имеет меньшее количество клапанов (значительная экономия на трении). Кроме того, он не имеет свечей зажигания, катушек и поэтому не потребляет электроэнергию от генератора. Дизельный двигатель работает на меньшем числе оборотов (коленчатый вал не нужно крутить). Это делает его чемпионом по эффективности.

КПД дизельного двигателя – заметная эффективность

Эффективность дизельного двигателя - заметная эффективность

Эффективность варьируется от двигателя к двигателю и зависит от нескольких факторов. Бензиновые агрегаты имеют относительно низкий КПД из-за большого количества тепловых и механических потерь, возникающих при работе силового агрегата такого типа.

Второй фактор — это трение, вызванное взаимодействием сопряженных деталей. Дополнительные потери возникают при работе других систем, механизмов, навесного оборудования и т.д.

Если сравнивать дизельный и бензиновый двигатели, то КПД дизельного двигателя намного выше, чем у бензинового. КПД бензиновых двигателей составляет порядка 25 % от полученной энергии. Другими словами, только 3 литра бензина из 10 литров, потребляемых двигателем, используются для выполнения полезной работы системы. Остальная энергия, образующаяся при сгорании бензина, расходуется на различные потери.

Что касается КПД атмосферной дизельной установки, то он достаточно высок — до 40%. При установке современного турбокомпрессора этот показатель может быть увеличен до впечатляющих 50%. Современные системы впрыска топлива, устанавливаемые на дизельные двигатели вместе с турбиной, позволяют достичь эффективности до 55%.

Существует множество факторов, определяющих столь значительную разницу в производительности дизельных двигателей, которые по своей конструкции схожи с бензиновыми:

  • Тип топлива.
  • Тип образования топливно-воздушной смеси.
  • Реализация зажигания заряда.

Бензиновые агрегаты более отзывчивы, чем дизельные, но имеют более высокие потери, связанные с расходом энергии на нагрев. Следовательно, полезная энергия, содержащаяся в бензине, менее эффективно преобразуется в соответствующую механическую работу, а значительная часть рассеивается системой охлаждения.

Особенности КПД двигателя в автомобиле

Также важно понимать, что эффективность двигателей, работающих на бензине, значительно ниже, чем двигателей, работающих на дизельном топливе. Характерной особенностью этих видов топлива является использование дополнительных элементов зажигания (в случае бензина) или предоставление готовой топливной смеси в заранее подготовленную камеру сжатого воздуха, где такое топливо само воспламеняется.

Важно также учитывать качество самого топлива. Неполное сгорание топлива может привести к потере до 25% полученной энергии. Именно поэтому многие компании с осторожностью подходят к выбору поставщиков топлива. В конце концов, четверть убытка — это значительная цифра. Более того, несгоревшее топливо не только попадает в атмосферу и загрязняет ее (за что можно получить крупный штраф), но и оседает на внутренних стенках двигателя и его деталях, что приводит к засорению и преждевременному износу.

Используя высококачественное топливо, вы получаете возможность увеличить производительность двигателя практически сразу, без проведения внутренней модернизации машины или замены отдельных ее деталей.

Мощность и крутящий момент

При одинаковых значениях рабочего объема мощность атмосферного бензинового двигателя выше, но достигается только на более высоких оборотах. Прибор должен «крутиться» сильнее, при этом потери увеличиваются, а расход топлива, соответственно, возрастает. Стоит также упомянуть о крутящем моменте, который увеличивает мощность, передаваемую от двигателя к колесам, и способствует движению автомобиля. Бензиновые двигатели достигают максимального крутящего момента только на высоких оборотах.

Атмосферный дизельный двигатель с такими же характеристиками достигает пика крутящего момента только на низких оборотах. Это приводит к снижению расхода топлива, необходимого для выполнения работы, и, как следствие, к повышению эффективности и экономии топлива.

По сравнению с бензином, дизельное топливо выделяет больше тепла, поскольку температура сгорания дизеля намного выше, что способствует большей устойчивости к детонации. В результате полезная работа, выполняемая дизельным двигателем, намного больше для данного количества топлива.

Энергетическая ценность солярки и бензина

Дизельное топливо содержит больше тяжелых углеводородов, чем бензин. Более низкий КПД такого двигателя по сравнению с дизельным агрегатом определяется содержанием энергии в бензине и способом его сжигания. При сжигании равных количеств бензина и дизельного топлива больше тепла выделяется бензином. Тепло в дизельном агрегате более полно преобразуется в механическую энергию. Поэтому при одинаковом количестве топлива именно дизельный двигатель выполнит больше работы за определенное время.

Кроме того, необходимо учитывать характеристики впрыска и условия, способствующие хорошему сгоранию смеси. В дизельном двигателе топливо подается отдельно от воздуха и впрыскивается непосредственно в цилиндр в конце сжатия, минуя впускной коллектор. В результате этого процесса достигается более высокая температура, чем в бензиновом двигателе, и максимальное сгорание топливно-воздушной смеси.

Поделиться:
Нет комментариев
×
Рекомендуем посмотреть
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности
Adblock
detector